Этот пример показывает, как симулировать установившееся поведение цифрового преобразователя частоты с фиксированной точкой для преобразований основной полосы частот GSM (Глобальной системы для мобильных устройств). Пример модели использует блоки из Simulink ® и DSP System Toolbox™, чтобы эмулировать операцию TI GC4016 Quad Digital Down Converter (DDC).
DDC выполняет:
Цифровое смешение (преобразование вниз) входного сигнала
Узкая полоса lowpass фильтрация и десятикратное уменьшение
Настройка усиления и окончательная повторная дискретизация потока данных
В этой модели DDC принимает полосу пропускания с высокой частотой дискретизации (69.333 MSPS). DDC производит низкую частоту дискретизации (270,83 KSPS) сгенерированных модулированных сигналов, готовую к демодуляции.
Переключаться между щебетом и синусоидальным сигналом можно с помощью GSM Source блок в модели примера. Можно заменить этот блок другим источником для моделирования приложения, однако вам придется настроить параметры дочерних подсистем миксера.
Чтобы гарантировать, что ваш исходный сигнал GSM будет принят и смешан с минимальной ошибкой, вы должны настроить Normalized Tuning Freq Register Value и Normalized Phase Offset Register Value.
Поскольку в этом примере моделируется TI GC4016 Quad Digital Down Converter, эти значения должны быть введены в определенном формате. The Normalized Tuning Freq Register Value должно быть подписанным 32-битным целым числом с двумя дополнениями, представляющим нормализованную область значений между 0 и частотой дискретизации. Используйте положительные значения частоты для преобразования вниз. The Normalized Phase Offset Register Value должно быть беззнаковым 16-битным целым числом, также представляющим нормализованную область значений. Для получения дополнительной информации см. документацию TI GC4016 Quad Digital Down Converter и DSP System Toolbox NCO документация по ссылкам на библиотечные блоки.
Просмотрите возможности Digital Mixer Real Output и возможности Mixer Output Comparison, чтобы сравнить выходы реализации Mixer на основе NCO с выходами реализации Mixer на основе CORDIC. Обе реализации могут быть сделаны, чтобы получить одинаковые выходные значения, однако выбор реализации основан в основном на доступных аппаратных ресурсах и ограничениях эффективности. В целом, основанные на NCO подходы компромиссируют размер интерполяционной таблицы (ресурсы памяти только для чтения) со скоростью эффективности, в то время как основанные на CORDIC подходы могут компромиссировать скорость, эффективность для меньших ресурсов памяти, основываясь на количестве необходимых итераций ядра CORDIC.
Посмотрите на выход блока NCO Cosine Spectrum Analyzer, чтобы наблюдать эффекты настройки параметров блоков подсистемы Миксера на основе NCO.
Возбуждение
Чтобы распространить паразитные частоты на всю доступную полосу, можно добавить dither к значениям фазы аккумулятора. В этом примере сигнал dither генерируется генератором Псевдошумовой последовательности, состоящим из двоичных регистров сдвига и логических элементов exclusive-or (внутренний к блоку NCO). Количество dither бит автоматически определяется
number of dither bits = accumulator word length - table address word length
Когда вы увеличиваете количество бит dither сверх оптимального значения, шумовой пол начинает расти. Когда вы уменьшаете количество dither бит ниже оптимального значения, внешний вид паразитных частот уменьшает паразитные свободные динамические области значений системы NCO.
Для получения дополнительной информации см. DSP System Toolbox NCO документация по ссылкам на библиотечные блоки.
Посмотрите на выход блока CORDIC Cosine Spectrum Analyzer, чтобы наблюдать эффекты настройки параметров блоков подсистемы Миксера на основе CORDIC.
Фазовый аккумулятор с генератором Dither
Фазовый Аккумулятор с подсистемой Генератора Diter вычисляет угол Theta вход функции CORDIC Complex Rotate. Посмотрите на выход блока CORDIC Cosine Spectrum Analyzer, чтобы наблюдать эффекты настройки аккумулятора фазы с параметрами подсистемы генератора Dith.
Как и в Миксере на основе NCO, описанном выше, можно добавить сигнал dither к значениям фазы аккумулятора, чтобы расширить паразитные частоты по всей доступной полосе пропускания. Сигнал dither генерируется генератором Псевдошумовой последовательности, состоящим из двоичных регистров сдвига и эксклюзивных-или затворов (внутренний к аккумулятору фазы с генератором Dither). Количество dither бит было выбрано равным 15, чтобы тесно соответствовать эффективности косинусоидального спектра Миксера на основе NCO.
Вращение комплекса CORDIC
CORDIC Complex Rotate вычисляет u * exp(j*theta) использование алгоритма вращения CORDIC. Ознакомьтесь с документацией по Fixed-Point Designer™, чтобы узнать о CORDICROTATE функция. Также обратитесь к приведенным ниже ссылкам для получения дополнительной информации об использовании цифровых миксеров на базе CORDIC.
Блоки CIC Decimator, Компенсационная конечная импульсная характеристика и Программируемая конечная импульсная характеристика используются вместе для достижения:
Высокий коэффициент десятикратного уменьшения
Ослабление сглаживания
Фильтрация для конкретного приложения
Для визуализации и анализа фильтров можно использовать Filter Designer. Для получения информации о Filter Designer см. документацию Signal Processing Toolbox™.
Двойной клик по блоку CIC Decimator в модели примера позволяет вам увидеть реализацию фильтра. Чтобы настроить DDC, можно изменить CIC-фильтр, изменив параметры блоков CIC Decimation.
CIC- Децимирующих фильтров реализуются целочисленным переполнением помощью арифметики «wrap» для выполнения фильтрации десятикратного уменьшения в их каскадных структурах интегратор-гребень. Этот тип фильтра экономичен для реализации на оборудовании, таком как FPGA и ASIC, потому что единственная необходимая арифметическая операция - суммирование; умножений не требуется. Для получения дополнительной информации о CIC-фильтрах см. ссылки ниже.
Блок конечная импульсная характеристика компенсации настраивает срабатывание полосы пропускания CIC, а блок программируемой конечной импульсной характеристики фильтрует сигнал, чтобы соответствовать требованиям спектральной маски основной полосы GSM. Можно настроить коэффициент усиления и коэффициенты этих фильтров.
Коэффициент усиления входа к конечной импульсной характеристике Компенсации устанавливается через COARSE параметр усиления. TI GC4016 Quad Digital Down Converter требуют входа от COARSE параметр для сдвига выхода CIC-фильтра на 0 - 7 бит, согласно 2^COARSE. Таким образом, вы можете ввести 0 - 7 для COARSE параметр усиления в блочной маске Coarse Gain.
Коэффициент усиления на выходе блока программируемой конечной импульсной характеристики устанавливается через FINE параметр усиления. TI GC4016 Quad Digital Down Converter требуют входа от FINE параметр для сдвига сигнала на 1 - 4 бита, согласно FINE/1024. Таким образом, вы можете ввести 1 на 16383 для FINE параметр усиления в маске блока Fine Gain.
Этот заключительный этап DDC может использоваться, чтобы изменить скорость выхода DDC, чтобы соответствовать частоте полосы частот демодулятора вашей конкретной системы входа. Блок Преобразования Скорости является фильтром с фиксированной точкой, который действует аналогично блоку Преобразования Скорости конечной импульсной характеристики в DSP System Toolbox. Блок преобразования скорости NDELAY параметром является коэффициент интерполяции и NDEC параметр является коэффициентом десятикратного уменьшения.
Можно использовать возможности и Инструмент Фиксированной Точки, чтобы наблюдать и анализировать результаты своей симуляции.
Возможности
Дважды кликните блок Scopes в модели примера, чтобы получить доступ к следующим возможностям:
NCO Cosine Spectrum
CORDIC Cosine Spectrum
Цифровой Микшер Реальный Выход
Сравнение выходов миксера
Выход CIC-дециматора
Компенсация конечной импульсной характеристики вывод
Программируемые конечные импульсные характеристики Выхода
Выходы ресамплера
Fixed-Point Tool
Активируйте интерфейс Fixed-Point Tool для примера, перейдя в меню Analysis и выбрав Fixed-Point Tool. Этот интерфейс позволяет вам видеть максимальные значения, минимальные значения и переполнения для блоков с фиксированной точкой в любой подсистеме в модели примера. Для получения дополнительной информации о программе Fixed-Point Tool см. документацию Designer™ Simulink и Fixed-Point.
Более подробную информацию о CIC-фильтрах можно найти здесь:
Hogenauer, E. B., «Economical Класса of Цифровых фильтров for Десятикратного уменьшения and Interpolation», IEEE ® Транзакции по акустике, речи и обработке сигналов, ASSP-29 (2): 155 - 162, 1981.
Больше информации о преобразовании вниз на основе CORDIC можно найти здесь:
Lohning, M., Hentschel, T. and Fettweis, G., «Digital Down Conversion in Software Radio Terminals», Труды десятой Европейской конференции по обработке сигналов (EUSIPCO), 1517 - 1520, 2000.
Valss, J., Sansaloni, T., Perez-Pascual, A., Torres, V., and Almenar, V., «The Use of CORDIC in Программно Определяемые Радио: A Tutorial», журнал IEEE EE Communicationations, 46 - 50, сентябрь 2006.
Yang, S., Wu, Z. and Ren, G., «Проект и Реализация FPGA-Based FSK IF Digital Приемника», 1-й Международный симпозиум по системам и управлению в аэрокосмической и астронавтике (ISSCAA), 819 - 821, январь 2006.
Andraka, Ray, «A survey of CORDIC algorithm for FPGA based computers», Proceedings of the 1998 ACM/SIGDA International Symposium on Field Programmable Gate Arrays, 191-200, Feb. 22-24, 1998.
Volder, Jack E., «The CORDIC Trigonometric Computing Technique», IRE Transactions on Electronic Computers, Volume EC-8, 330 - 334, September 1959.
